Реорганизация кортико-спинального тракта и таламо-кортикальных проекций у детей с последствиями тяжелой черепно-мозговой травмы

Нарушение локомоторной функции после тяжелой черепно-мозговой травмы (ЧМТ) у детей — одна из наиболее частых причин госпитализаций в отделение реабилитации и восстановительного лечения НИИ неотложной детской хирургии и травматологии (НИИ НДХиТ). С целью оптимизации реабилитационного плана ребенка важно понимание степени выраженности структурных и функциональных изменений кортико-спинального тракта (КСТ), а также функциональной вовлеченности афферентного звена, в частности таламо-кортикальных проекций (ТКП). Исследовательские работы, посвященные сопоставлению нейрофункциональных и нейровизуализационных данных у детей с нарушением движения центрального характера, преимущественно представлены в литературе на примере детского церебрального паралича [1, 2]. При тяжелой ЧМТ детского возраста публикации отражают либо информативность радиологических методов исследования в оценке степени значимости структурных изменений первичной моторной коры (ПМК) и КСТ, либо оценку функциональной состоятельности КСТ методом транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) [3]. В связи с чем актуальным становится сопоставление результатов электродиагностических и лучевых методов исследования с клиническими исходами в детской популяции при ЧМТ тяжелой степени.

Цель исследования — сопоставить клиническое восстановление локомоторной функции с результатами оценки функциональной и структурной состоятельности КСТ и ТКП в детской популяции в промежуточном и отдаленном периодах тяжелой ЧМТ.

В исследование были включены 11 детей в возрасте от 8 до 16 лет с ЧМТ тяжелой степени (ушиб мозга тяжелой степени, диффузное аксональное повреждение) в промежуточном (до 6 мес) и отдаленном (до 2 лет) периодах заболевания. Все дети проходили стационарное лечение на базе отделения восстановительного лечения НИИ НДХиТ в период 2023—2024 гг. Весь объем исследований, включавший рутинную электроэнцефалографию (ЭЭГ) с функциональными пробами, соматосенсорные вызванные потенциалы (ССВП) при стимуляции срединных нервов, диагностическую одностимульную ТМС (ос-ТМС), магнитно-резонансную (МР) трактографию от ПМК и дополнительной моторной зоны (ДМЗ) выполнялся в период госпитализации (в течение 2 недель).

Критерии включения: ЧМТ тяжелой степени с вовлечением обеих гемисфер и срединных структур (комбинированный тип); наличие моторного дефицита центрального характера (тетра/гемипареза); наличие информированного согласия законного представителя ребенка.

Критерии невключения: наличие имплантированных устройств (в том числе датчиков внутричерепного давления и шунтирующих систем) препятствующих проведению диагностической ТМС и МРТ; наличие в анамнезе данных о заболеваниях ЦНС (детский церебральный паралич, последствия перенесенных вирусных инфекций (менингит, энцефалит); генетически детерминированных заболеваний с поражением пирамидного тракта, новообразований головного мозга, эпилепсии).

Клиническая оценка включала следующие шкалы: Модифицированная шкала Эшворта (Modified Ashworth Scale); Шкала суммарной оценки мышечной силы (MRC); Система классификации моторной функции (GMFCS). Первые две шкалы использовались в оценке дистальной мускулатуры верхних конечностей (степени выраженности пареза и оценки мышечного тонуса в кистях рук).

Всем детям выполнялась диагностическая ТМС с помощью монофазного магнитного стимулятора «Нейро-МС» и двухканального миографа «нейро-МВП-Микро» (ООО «Нейрософт», Россия); использован кольцевой индуктор диаметром 9 см. Область стимуляции локализована путем подачи однократных стимулов в проекции F3 для левой и F4 для правой гемисферы согласно международной схемы «10—20», интенсивностью от 50%, контралатерально стороне отведения моторного вызванного потенциала (МВП). Направление электрического тока в кольцевом индукторе для активации левого полушария — по часовой стрелке, для правого — против. Запись МВП проводили накожными электродами с m. abductor pollicis brevis справа и слева в соответствии с контралатеральной схемой регистрации [4]. При смещении койла с шагом в 1 см при наличии МВП определялась зона стимуляции, пороговое значение МВП с последующим увеличением силы стимула на 10—20%, согласно алгоритму Rossini–Rothwell [5]. Оценивались следующие параметры МВП: порог регистрации, латентность, амплитуда и площадь ответа, время центрального моторного проведения по кортико-цервикальному тракту. Порог МВП определяли по регистрации потенциала минимальной амплитуды, воспроизводимого по морфологии и латентности в серии стимуляций в 50% случаев.

Для исследования КСТ ПМК и ДМЗ применялась методика диффузионно-тензорной трактографии (ДТТ). Параметры сканирования: EPI (эхо-планарная импульсная последовательность), TR=9431 мс; TE=70 мс, матрица 120/144 пикс., FOV=240 мм, размер вокселя 2×2×2 мм³, фактор ускорения EPI factor=63, gap=0, NSA=2. Диффузионные градиенты были приложены в 32 неколлинеарных направлениях. Обработку данных ДТТ проводили с помощью программного пакета MR Fiber Track в сервере программных приложений Philips Intellispace Portal. При анализе данных ДТТ оценивались следующие показатели диффузии: ADC (apparent diffusion coefficient — измеряемый коэффициент диффузии, представляющий собой количественную оценку диффузионной способности молекулы воды в биологической ткани) и FA (fractional anisotropy — коэффициент фракционной анизотропии, характеризующий отличие диффузии в разных направлениях). Кроме того, анализировались объем и протяженность кортико-спинальных трактов. Для полуавтоматического построения трактов проводился ручной выбор парных зон интереса в обоих полушариях:

— субкортикальное белое вещество в области ПМК — латеральные отделы средней трети моста мозга;

— субкортикальное белое вещество в области ДМЗ — латеральные отделы средней трети моста мозга.

Для оценки функциональной состоятельности ТКП использовалась регистрация ССВП при стимуляции срединных нервов с обеих сторон и рутинная ЭЭГ с функциональными пробами.

Регистрация ССВП проводилась по двухканальной схеме при помощи двухканального миографа «Нейро-МВП-Микро» (ООО «Нейрософт», Россия). Периферические компоненты регистрировались ипсилатерально стороне стимуляции на уровне плечевого сплетения (точка Эрба с двух сторон); центральные с отведений C3’—C4’/C4’—C3’ (согласно международной схеме 10/20) — контралатерально стороне стимуляции. Стимуляция осуществлялась на уровне запястья в проекции хода срединного нерва прямоугольными импульсами длительностью 0,3 мс, частотой 3 Гц. Интенсивность стимула подбиралась индивидуально и оценивалась по незначительному движению большого пальца. Число усреднений — не менее 200. Оценивалось наличие/отсутствие кортикального компонента N20 (его латентность и амплитуда) по шкале Houlden [6].

За время госпитализации была проведена стандартная ЭЭГ по утвержденному протоколу с использованием электроэнцефалографа «Нейрон-спектр 3» (ООО «Нейрософт», Россия). Параметры записи: монтаж double banana, развертка 30 мм/с, чувствительность 7 мкВ/дел, фильтр высоких частот 0,5 Гц, фильтр низких частот 70 Гц [7, 8]. Оценивалось наличие/отсутствие иктальной и/или интериктальной эпилептиформной активности.

Для оценки корреляции между моторной функцией рук, наличием трактов и МВП пострадавших полушарий, на основании метода аппроксимации был рассчитан коэффициент тяжести:

Коэффициент тяжести рассчитывался отдельно для каждой руки и составляет от 0 до 3. Зависимость коэффициента тяжести от FA, соответствующих трактов и амплитуды МВП представлена графически для промежуточного и отдаленного периодов ЧМТ в результатах.

Исследование одобрено локальным этическим комитетом НИИ НДХиТ протокол №23 от 28.09.2023.

Из 11 детей 7 находились в промежуточном периоде ЧМТ и 4 в отдаленном (табл. 1); 3 в возрасте 8—9 лет соответствовали возрасту закрепления и становления локомоторного акта, качества выполнения мелкой моторики кисти. Трое детей (2 в отдаленном и 1 в промежуточном периодах травмы) имели спастический тетрапарез в сочетании с минимальным уровнем сознания (МУС)+/–, все 3 соответствовали максимальному баллу по шкале GMFCS в своих возрастных категориях.

Таблица 1. Оценка клинического статуса

Примечание. ПК — правая кисть, ЛК — левая кисть, ИМН — интеллектуально-мнестическая недостаточность, МУС — минимальный уровень сознания.

Пациенты с МУС+/– и тертапарезом имели КСТ либо из одной зоны одного полушария (ДМЗ слева/ПМК слева — пациенты 7 и 8); либо в двух гемисферах, но в разных зонах (ДМЗ слева и ПМК справа — пациент 10) (табл. 2). Два пациента в промежуточном периоде травмы имели сохранные проекции от ДМЗ и ПМК в обеих гемисферах (пациенты 3 и 5) при наличии тетрапареза (с акцентом справа) — и выпадением моторной функции кисти справа.

Таблица 2. Результаты МР трактографии КСТ исходящего из ПМК и ДМЗ

Два ребенка с тетрапарезом и МУС (пациенты 7 и 8) в отдаленном периоде ЧМТ демонстрировали отсутствие МВП при стимуляции правой гемисферы, что совпадало с отсутствием КСТ от ПМК соответствующей гемисферы по данным МР трактографии (табл. 3). Оба ребенка в дальнейшем при катамнезе до 2 лет имели неблагоприятный прогноз восстановления с сохранением грубого пареза и МУС. Пациент 10 с тетрапарезом и МУС в промежуточном периоде травмы (3 мес от дебюта заболевания), несмотря на отсутствие МВП при стимуляции правого полушария по данным МР трактографии имел сохранные КСП от ПМК справа и при дальнейшем наблюдении с катамнезом до 1 года имел отчетливую положительную динамику по регрессу неврологической симптоматики (с переходом из МУС в интеллектуально-мнестические нарушения (ИМН) и оценкой по шкале GMFSC с 5 до 4 баллов с регрессом степени выраженности тетрапареза).

Таблица 3. Результаты ос-ТМС и регистрации М-волны с muscles abductor pollicis brevis

Примечание. н/д — нет данных, «—» — МВП не зарегистрирован, МП — моторный порог, МВП — моторный вызванный потенциал ВЦМП — время центрального моторного проведения, КСТ — кортико-спинальный тракт.

Пациент 2 с отсутствием МВП при стимуляции ПП на момент обследования (2 мес после ЧМТ) имел флюктуирующие показатели МВП при дальнейших исследованиях с катамнезом до 1 года (появление и исчезновение МВП как с правой, так и с левой гемисферы, при тех же параметрах стимуляции) — при этом клинически произошла трансформация симптоматики с регрессом степени выраженности пареза, но с изменением тонуса мускулатуры по экстрапирамидному типу, при этом по данным МР трактографии имелась частичная сохранность КСП от ДМЗ и ПМК левого полушария при первом обследовании, при отсутствии КСП правого полушария. Данные МРТ в динамике демонстрировали нарастание выраженности кистозно-глиозных изменений и числа очагов гемосидерина как в больших полушариях, так и на уровне моста и базальных ядер.

Пациент 1 на момент обследования в отдаленном периоде ЧМТ (9 мес от дебюта заболевания) демонстрировал отсутствие МВП с левой гемисферы при сохранности КСП от ДМЗ и ПМК слева, при этом имелась КГТ обеих гемисфер и наличие очагов гемосидерина в левом полушарии, с клиническим тетрапарезом с акцентом слева и ИМН.

Пациентка 11 при отсутствии КСП со стороны правого полушария имела сохранный МВП в промежуточный период травмы (2 мес от дебюта заболевания) и клинические проявления в виде тетрапареза с акцентом справа и ИМН.

Пациентам 1 и 10 не удалось оценить сегментарный МВП с цервикального уровня, в связи с чем отсутствуют данные о ВЦМП.

Графические данные свидетельствуют о сложности оценки зависимости моторного дефицита (K-коэффициент) от сохранности КСП от ПМК и ДМЗ и амплитуды МВП в промежуточном периоде (рис. 1 на цв. вклейке), но предварительно дают возможность предположить наличие корреляции между этими параметрами в отдаленном периоде тяжелой ЧМТ у детей (рис. 2 на цв. вклейке). Для более подробного анализа и установления однозначных зависимостей требуется проведение исследования на большей выборке пациентов.

Рис. 1. Графики зависимости К-коэф. и коэффициента фракционной анизотропии (FA, ПМК и ДМЗ), К-коэф. и МВП в промежуточном периоде ЧМТ для правой (а) и левой (б) рук.

Рис. 2. Графики зависимости К-коэф. и коэффициента фракционной анизотропии, К-коэф. и МВП в отдаленном периоде ЧМТ для правой (а) и левой (б) рук.

Согласно результатам ЭЭГ, только один ребенок в промежуточном периоде тяжелой ЧМТ имел субклиническую интериктальную эпилептиформную активность — пациент 2. По данным ССВП при отсутствии кортикальных компонентов в отдаленном периоде тяжелой ЧМТ (1 балл по шкале Houlden) наблюдался наиболее тяжелый исход восстановления — в виде МУС+/– (пациенты 7 и 8).

Диссоциация показателей лучевых и функциональных методов исследования, наблюдаемая в нашей подгруппе, совпадает со сделанными ранее выводами о возможности наличия разногласий между радиологическими и электрофизиологическими данными у пациентов с комбинированным типом поражения головного мозга при тяжелой ЧМТ (вовлеченности обоих полушарий и подкорковых структур), достигая значений 85,7% [9].

Однако 2 пациентки в отдаленном периоде тяжелой ЧМТ продемонстрировали совпадение результатов диагностических исследований: унилатеральное выпадение МВП и отсутствие КСП от ДМЗ и ПМК соответствующего полушария при наличии тетрапареза и МУС. При этом обе на момент получения травмы соответствовали возрасту уже сформированного и закрепленного локомоторного акта. В связи с чем диссоциацию результатов исследований у детей, на наш взгляд, следует сопоставлять с возрастом пациентов и сроками заболевания.

Функциональные изменения в части выпадения МВП и флуктуация возможности их регистрации при одинаковых параметрах стимуляции на фоне сохранности анатомических КСП по данным МР трактографии могут быть объяснены избирательным поражением мелких нейронов пирамидного пути при относительной сохранности крупных быстропроводящих аксонов, отвечающие за реализацию МВП [10]. В результате избирательной потери части кортико-спинальных нейронов происходит десинхронизация и замедление нисходящих импульсов, в том числе находящие отражение в увеличение ВЦМП [11].

Мы в своей работе старались избегать повышения интенсивности стимуляции при осТМС с учетом высокого МП пациентов с целью предупреждения регистрации ложноположительных результатов за счет использования стимулов, напрямую активирующих аксоны КСТ на субкортикальном уровне, «пропуская» нарушение проведения на кортикальном уровне.

Согласно нашему наблюдению, текущая кистозно-глиозная трансформация белого вещества головного мозга в течении первого года после тяжелой ЧМТ с вовлечением подкорковых отделов приводит к флуктуации МП и показателей МВП при обследовании в динамике.

Константа ВЦМП, согласно литературным данным, является отражением сбалансированного развития как степени миелинизации КСП, так и совершенствования синаптогенеза, в связи с чем изменение латентности ВЦМП при фасилитации (в случае возможности пациентом выполнения функциональной пробы и отсутствия непреднамеренной фасилитации на фоне выраженного изменения тонуса) может служить подтверждением завершения процесса становления и инициации локомоторного акта, которое происходит в диапазоне 6—10 летнего возраста [12].

МР-трактография имеет ряд ограничений, в частности при оценке участков перекрещиваемых волокон, что может давать погрешность в интерпретации результатов, особенно в условиях измененной анатомии. Согласно исследованиям, FA кортикального моторного представительства (в случае его сохранности) обладала большей чувствительностью и специфичностью в сравнении с FA подкорковых структур в отношении функциональных исходов ЧМТ [13, 14].

Еще одним важным фактором является идентичность процессов физиологического созревания и восстановления после повреждения в отношении белого вещества головного мозга при нейровизуализации — в виде увеличения аксиальной диффузии, сопровождающейся снижением радиальной диффузии и постепенным увеличением FA, что следует учитывать в интерпретации исследования [15].

Основной акцент в нашей работе был сделан на корреляцию моторной функции с результатами нейровизуализации и нейрофункциональной диагностики, однако стоит отметить и значимость вовлечения таламо-кортикальных проекций, продемонстрировавших худшие клинические исходы в случае сохраняющегося блока проведения на центральном уровне в отдаленном периоде тяжелой ЧМТ.

На сегодняшний день мы можем предположить, что сохранность КСП по данным нейровизуализации как и МВП при осТМС не является достаточным предиктором восстановления утраченной локомоторной функции. Продолжающаяся кистозно-глиозная трансформация, формирование участков отложения гемосидерина оказывают влияние на нейронные сети как в части афферентного, так и эфферентного звена ЦНС. Наиболее достоверными относительно прогноза возможного восстановления локомоторной функции данные исследования, вероятно, становятся в отдаленном периоде ЧМТ, по завершению процессов структурной и функциональной перестройки. В связи с чем требуется составление алгоритма сроков и объемов исследований с целью определения периодов их наибольшей диагностический значимости. Представленные выводы требуют своего подтверждения в большей популяционной выборке.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.